Коническая фрикционная передача

Конические фрикционные передачи преобразовывают вращательное движение между валами, оси которых пересекаются (рис. 4), причем обычно угол между осями.

?=д_{1 + д2 = 90°,}

где д_{1и д2 — половины углов при вершине конусов ведущего и ведомого катков.}

Без учета упругого скольжения катков передаточное число конических фрикционных передач выражается формулой.

u = щ _{1 / щ 2 ? D 2 / D 1 , (9)}

а для ортогональных передач (?=90°), для которых D ₂ jD ₁ = tgд ₂, передаточное число можно также определить по формуле.

u = tgд _{2 = ctgд 1 . (10)}

Рисунок 4 — Коническая фрикционная передача Для конических фрикционных передач рекомендуется u ? 4.

Так как линия контакта ведущего и ведомого катков и оси валов пересекаются в одной точке, то теоретически в конической фрикционной передаче геометрического скольжения нет.

Основными геометрическими параметрами передачи являются (рис. 4):

конусное расстояние.

, (11).

где D , и D _{2 — диаметры катков; b — ширина катков; Dm = D — b sinд — средний диаметр катков. Для передачи вращающего момента необходимо катки прижать друг к другу, создав силу нормального давления N и обеспечив условие}

kF 1 = F тр = fN ,.

(12) где k — коэффициент запаса сцепления;

F , — 2 T _{1 / D 1 m — окружная сила;}

f — коэффициент трения. Для определения силы Q _{1 прижатия катков разложим эту силу по реальным направлениям на составляющие N и Q 2 (рис. 4):}

Q, = N sinд ₁; (13).

Q ₂ = Nsin д_{2 . (14)}

Из этих равенств видно, что для обеспечения одной и той же силы нормального давления N надо к ведущему катку приложить силу Q _{1 или к ведомому — силу Q 2 , причем Q 1 < Q 2 ,если д1 < д2. Отсюда следует, что выгодно нажимным делать меньший каток.}

Коэффициент полезного действия конических фрикционных передач з = 0,85… 0,9.

Рисунок 5 — Реверсивная коническая передача.

основным расчетным параметром следует считать средний диаметр D_{m большего (обычно ведомого) катка, так как в основном именно этот размер определяет габариты передачи.}

Обычно катки такой передачи делают из чугуна, а обод ведомого шкива покрывают кожаной лентой, прорезиненной тканью или прессованным асбестом; иногда обод ведомого катка изготовляют из пластмассы.

Преимущества:

• — простота конструкции и обслуживания;
• — плавность передачи движения и регулирования скорости и бесшумность работы;
• — большие кинематические возможности (преобразование вращательного движения в поступательное, бесступенчатое изменение скорости, возможность реверсирования на ходу, включение и выключение передачи на ходу без остановки);
• — отсутствие мёртвого хода при реверсе передачи;
• — равномерность вращения, что удобно для приборов;
• — возможность бесступенчатого регулирования передаточного числа, причем на ходу, без остановки передачи.

Недостатки:

Проскальзывание.

Это очень важно, наличие проскальзывания влияет на постоянство передаточного числа, Угловая скорость меняется, допустим, сила трения уменьшается. А как говорилось выше, чем меньше сила трения, тем хуже. И, если, то начинается износ, так как происходит буксование. При отношениях, значительно превышающих единицу, появляется пережатие, что приводит к быстрому износу контактирующих поверхностей и понижению КПД. Следовательно, оптимальное условие работы фрикционной передачи будет обеспечено тогда, когда отношение будет величиной постоянной в регулируемом диапазоне и несколько больше единицы. И как вывод, чем больше будет проскальзывание, тем хуже.

Скольжение во фрикционных передачах:

Скольжение является причиной износа, уменьшения КПД и непостоянства передаточного отношения во фрикционных передачах. Различают три вида скольжения: буксование, упругое скольжение, геометрическое скольжение.

Буксование наступает при перегрузках, когда не соблюдается условие (1). О котором говорилось выше. При буксовании ведомый каток останавливается, а ведущий скользит по нему, вызывая местный износ или задир поверхности.

Нарушение геометрической формы и качества поверхности катков выводит передачу из строя. Поэтому при проектировании следует принимать достаточный запас сцепления К и не допускать использования фрикционной передачи в качестве предохранительного устройства от перегрузки.

Упругое скольжение связано с упругими деформациями в зоне контакта. Величина этого скольжения невелика и обычно не превышает 0,2% для стальных катков и 1% для текстолита по стали. Это можно объяснить на примере цилиндрической передачи. Если бы катки были абсолютно жесткими, то первоначальный контакт по линии оставался бы таким и под нагрузкой. При этом окружные скорости по линии контакта равны и скольжения не происходит. При упругих телах первоначальный контакт по линии переходит под нагрузкой в контакт по некоторой площадке. Равенство окружных скоростей соблюдается только в точках, расположенных на одной из линий этой площадки. Во всех других точках происходит скольжение.

Геометрическое скольжение. Помимо упругого скольжения катков, которое возникает так же, как и в ременных передачах, во фрикционных передачах может иметь место еще геометрическое скольжение вследствие разности скоростей ведущего и ведомого катков по длине контакта b. Геометрическое скольжение не позволяет катки делать широкими, вследствие чего в передаче возникают большие контактные напряжения, ограничивающие передаваемую мощность. Геометрическое скольжение является основной причиной износа рабочих поверхностей фрикционных передач.

Примером геометрического скольжения могут служить фрикционные передачи с клинчатыми катками.

Рис. 9.7.

Допустим, что на линии контакта есть некоторая точка (рис. 9.7), на которой скорости обоих колёс одинаковы, то есть. На самой линии контакта, на всём её протяжении, кроме точки, линейные скорости колёс различны, то есть и. Таким образом, везде происходит относительное скольжение, что приводит к нагреву и износу сопряжённых конусных поверхностей, что, в свою очередь, понижает коэффициент полезного действия передачи. Чтобы избежать этого не следует делать общую образующую больших размеров. Необходимо уметь находить оптимальный размер образующей .

Широкое применение нашли фрикционные вариаторы, работающие в масле. Хотя при этом коэффициент трения ниже и сила прижатия больше, однако скольжение в этом случае менее опасно: наличие масла уменьшает износ, способствует лучшему охлаждению катков, приближая условия работы катков к работе зубьев зубчатой закрытой передачи.

Необходимость применения опор валов специальной конструкции с прижимными устройствамиэто делает передачу громоздкой; Этот недостаток ограничивает величину передаваемой мощности Незначительная передаваемая мощность (открытые передачи — до 10−20 кВт; закрытые — до 200−300 кВт).

Для силовых открытых передач незначительная окружная скорость 7 — 10 м/с Большие потери на трение.

Материалы катков фрикционных передач:

1. Для быстроходных закрытых силовых передач — закаленная сталь по закаленной стали (стали ШХ15, 40ХН, 18ХГТ и др.). Такое сочетание обеспечивает наибольшую компактность передачи, но требует более точного изготовления и малых параметров шероховатости поверхностей.

2. Для открытых тихоходных силовых передач — чугун по чугуну (СЧ15; СЧ20; СЧ25 и др.) или чугун по стали. Чаще применяют чугун по стали, что обеспечивает меньший шум при работе передачи.

3. Для малонагруженных открытых передач, не требующих большой долговечности, — текстолит, гетинакс или фибра по стали или по чугуну.

Такое сочетание материалов позволяет уменьшить требования к качеству обработки контактирующих поверхностей, так как они хорошо прирабатываются (рис. 4, в).

а) б) в) г) Рис. 4. Материалы трущихся поверхностей катков: а, б — резина; в — фибра; г — кожа.

4. Для передачи незначительных вращательных моментов — кожа, резина, прорезиненная ткань, ферродо, пластмасса по стали или чугуну. Один из катков изготовляют из стали или чугуна (чаще ведомый), а второй покрывают одним из перечисленных неметаллических материалов (рис. 4, а, б, г).

Разработаны специальные фрикционные пластмассы с асбестовым и целлюлозным наполнителем, коэффициент трения которых достигает 0,5.

Более надёжны передачи, у которых ведущий каток твёрже, чем ведомый, т.к. тогда при пробуксовке не образуются лыски.

Применяются обрезиненные катки, однако их коэффициент трения падает с ростом влажности воздуха.

Для крупных передач применяют прессованный асбест, прорезиненную ткань и кожу.